化學(xué)氣相沉積法可控制備碳納米管組裝體.pdf

1、納米組裝體系綜合了物質(zhì)本征效應(yīng)、納米尺度效應(yīng)、組合引起的新功能等特點(diǎn)而成為納米材料研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)課題。碳納米管有序結(jié)構(gòu)體系的形成，有助于從宏觀上展現(xiàn)其獨(dú)特的電學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)等性能，在傳感器、納米電子器件等許多重要的領(lǐng)域發(fā)揮了獨(dú)特的作用。本研究工作以二茂鐵為催化劑前驅(qū)體，環(huán)己烷為碳源，采用改進(jìn)的浮游催化化學(xué)氣相沉積技術(shù)實(shí)現(xiàn)了碳納米管的原位控制組裝，得到了多種具有規(guī)則幾何結(jié)構(gòu)的碳納米管組裝體；利用掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(T

2、EM)、拉曼光譜(Ramanspectra)等技術(shù)對(duì)納米碳管組裝體的形貌、結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)表征，探討了碳納米管的組裝機(jī)制，并對(duì)組裝體的浸潤(rùn)性能以及在電化學(xué)分析領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了探索研究。主要研究結(jié)果如下： 1.采用二維模板法構(gòu)筑系列具有三維規(guī)則幾何形態(tài)的碳納米管陣列結(jié)構(gòu)。利用平版印刷技術(shù)設(shè)計(jì)不同類(lèi)型的硅基圖案，浮游催化化學(xué)氣相沉積反應(yīng)體系下實(shí)現(xiàn)了碳納米管的選擇性定點(diǎn)、定位生長(zhǎng)，碳納米管組裝體系在二維空間上嚴(yán)格復(fù)制了SiO2基底的幾何

3、形狀，制備得到了多種碳納米管三維立體組裝結(jié)構(gòu)；研究了浮游催化反應(yīng)條件下碳納米管層層生長(zhǎng)的基本特征；探索了以鋅微晶為犧牲模板組裝碳納米管的新途徑。 2.利用毛細(xì)管作用力耦合碳納米管層層生長(zhǎng)特征可控組裝泡沫炭體系。以規(guī)則幾何構(gòu)型的定向碳納米管為基體材料，通過(guò)液體潤(rùn)濕過(guò)程形成的毛細(xì)管作用力和碳納米管之間的范德華力，獲得了碳納米管為基本單元的高密度泡沫炭材料；將毛細(xì)管作用力與層層生長(zhǎng)技術(shù)順序耦合，根據(jù)碳納米管與不同基體之間結(jié)合力大小的差

4、異，構(gòu)筑了多種碳納米管組裝體系：探討了毛細(xì)管作用力下碳納米管的組裝機(jī)制。 3.微通道內(nèi)原位自組裝構(gòu)筑碳納米管規(guī)則多面體結(jié)構(gòu)。以微機(jī)械加工(MEMS)技術(shù)設(shè)計(jì)Au/SiO2基片并構(gòu)筑可開(kāi)啟/封閉型微通道反應(yīng)器，在微通道限域條件下觀察到碳納米管的奇異自組裝現(xiàn)象，制備得到了微米尺度下具有規(guī)整多面體形貌的碳納米管多級(jí)組裝體系。碳納米管組裝體端部呈規(guī)整的多面錐狀并具有貫通的中空結(jié)構(gòu)，微通道內(nèi)碳納米管多面體生長(zhǎng)進(jìn)程顯示其遵循底部生長(zhǎng)機(jī)制。

5、 4.弱氧化劑輔助碳納米管原位自組裝構(gòu)筑炭微米管。采用改進(jìn)浮游催化化學(xué)氣相沉積技術(shù)，通過(guò)在碳納米管的生長(zhǎng)反應(yīng)過(guò)程引入弱氧化劑(H2O或CO2)并調(diào)控催化劑濃度，在硅基底上獲得了以碳納米管為基本單元的微米尺度的管狀結(jié)構(gòu)，揭示了浮游催化體系下碳納米管初級(jí)生長(zhǎng)過(guò)程中的多級(jí)自組裝特征。適量弱氧化劑的存在對(duì)去除無(wú)定形碳、保持催化劑活性起重要作用。 5.研究了碳納米管組裝體的浸潤(rùn)性能和電化學(xué)分析中作為電極材料的應(yīng)用基礎(chǔ)。研究發(fā)現(xiàn)，一定